Experiencia 3 (ver pdf)
INFORME: Titulo, Introducción (objetivo, hipótesis, conceptos teóricos, ..), Descripción, desarrollo, análisis, discusión y conclusión)
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Tema: Ondas armónicas
- Ondas transversales y longitudinales
- Ondas incidente, reflejada y transmitida
- Análisis de las condiciones de contorno entre dos medios
- Onda estacionaria: modos normales de oscilación (armónicos) en una cuerda
Parte I (Simulaciones)
Análisis de ondas armónicas (ondas transversales y longitudinales)
En los applet 1 y 2. Realice un análisis. Escriba y describa la ecuación de onda asociada e indique en su grafico claramente los ejes (espaciales y temporal).. Identifique y diferencie la velocidad de las partículas y la velocidad de propagación de la onda en cada caso
Análisis de condiciones de contorno
Dos cuerdas unidas en el origen
Realizar las actividades sugeridas en el applet
Obs: la onda incidente estará en fase o en contrafase con la reflejada dependiendo de si la velocidad en un medio es mayor o menor que en el otro. . Analice y discuta
Análisis de superposición y modos de oscilación (ondas incidente y reflejada)
Realizar las actividades sugeridas en los applets.
Si la cuerda tiene L=4¿Cual es la frecuencia del quinto armónico? ¿y la del modo fundamental?
Analice y discuta
Parte II (montaje y toma de datos en el laboratorio)
Ondas estacionarias y modos de oscilación
Modos normales de vibración en una cuerda tensa:
Objetivos
Producir modos normales de vibración de una cuerda fija en los extremos.
Determinar la frecuencia de un oscilador mecánico que produce las ondas estacionarias en la cuerda.
Establecer la relación entre la tensión en una cuerda, con el número de nodos (y antinodos) de la onda estacionaria resultante.
_____ Materiales y equipo
Cuerda , generador o vibrador, polea, balanza, masas colgante (recipiente con agua o caja de pesas), cinta métrica soportes, lámpara estroboscópica ……
Montaje experimental para la formación de ondas estacionarias en una cuerda tensa.
Figura 1
Montar de manera que uno de los extremos de la cuerda este unido a un vibrador de frecuencia constante y que el otro permita regular la tensión a la que se somete la cuerda (Fig.1).
Procedimiento experimental
Las ondas son generadas en una cuerda excitada transversalmente por un generador de frecuencias (vibrador) como muestra la figura 1. La cuerda se une en un extremo al vibrador, y en el otro extremo tiene un gancho o recipiente para agregar masa y producir una tensión variable. . (La tensión de la cuerda se ajusta agregando masa conocida en el extremo colgante).
- Antes de conectar el vibrador: Asegurarse de que el montaje está firme sobre la mesa.
- Medir la masa y la longitud de la cuerda (o de una sección de cuerda) para determinar la densidad lineal de masa de la cuerda que usará.
- Encender el generador de frecuencias (vibrador) y tensar poco a poco la cuerda (colocando el peso necesario hasta formar una onda estacionaria).
- Una vez que se haya obtenido el primer modo de oscilación, medir la distancia entre nodos, anotar esta cantidad en una Tabla.
. Después de haber obtenido ese armónico, variar la tensión en la cuerda (agregando masa colgante) hasta observar el siguiente modo de oscilación de la onda estacionaria. Anotar lo observado en la Tabla
Figura 2: Modos diferentes de ondas estacionarias en una cuerda a frecuencia de oscilación constante y tensión en la cuerda variable. La figura muestra los tres primeros modos normales de oscilación de una cuerda con extremos fijos.
Figura 2 Cuando una onda incidente y otra reflejada con las mismas características se superponen en la cuerda, se forma un patrón de onda estacionaria que se caracteriza por la formación de ‘bucles’ de oscilación, la formación de estas ondas estacionarias en la cuerda se da bajo ciertas condiciones específicas, que se estudiaran en el laboratorio cambiando
- La velocidad de propagación de la onda (a través de la tensión).
- La longitud de la cuerda en donde se forman las ondas estacionarias.
Cada vez que se obtenga un modo de oscilación, registrar en la Tabla.
OBS.: La Tabla con las Mediciones para las ondas estacionarias formadas en una cuerda tensa puede contener
En filas
Numero de bucles observados, Numero de nodos observados, Numero de antinodos observados, Orden del modo normal correspondiente (n), Longitud de nodo a antinodo, Longitud de nodo a nodo, Longitud de onda, Masa de la pesa colgante (Kg), Tensión (N), Densidad lineal de masa (kg/m), Velocidad de propagación(m/s), Frecuencia del vibrador (Hz), ….
En columnas
Los primeros cuatro a seis armónicos (columnas) …
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Para valores fijados de la tensión en la cuerda, encuentre las frecuencias
(o para fijadas frecuencias en el generador encuentre la tensión de la cuerda)
correspondientes a los modos normales de oscilación, caracterizados por el número n correspondiente.
Grafique
Determine para las distintas tensiones la velocidad de propagación de ondas transversales en la cuerda y Analice gráficamente la relación entre la tensión de la cuerda y la velocidad de propagación de las ondas.
..
Resultados …
- Tabla con la información de cada armónico
- Gráficos i) n2 vs 1/m ii) v vs n …..
- Frecuencia de vibración del generador:
a) Como resultado de la pendiente en la gráfica anterior.
b) Utilizando el promedio de las frecuencias en la última fila de la tabla calculadas con la ecuación
- …
Analice, compare y concluya
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Referencias
(ver página web del curso)
Paginas interactivas
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/ondas/armonico/armonico.html (Ondas transversales y longitudinales)
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/ondas/refraccion/refraccion.html (CONDICIONES DE CONTORNO)
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/ondas/cuerda/cuerda.html (Superposición de ondas, modos de oscilación)